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溅射功率对射频磁控溅射制备非晶In-Ga-Zn-O薄膜的影响

张锁良 , 贾长江 , 郝彦磊 , 史守山 , 张二鹏 , 李钗 , 娄建忠 , 刘保亭 , 闫小兵

人工晶体学报

采用射频磁控溅射法在室温玻璃衬底上成功地制备出了铟镓锌氧(In-Ga-Zn-O)透明导电薄膜.研究了不同溅射功率对In-Ga-Zn-O薄膜结构、电学和光学性能的影响.X射线衍射(XRD)表明,在80~150 W溅射功率范围内In-Ga-Zn-O薄膜为非晶结构.随着溅射功率的增加,生长速率成线性增加,电阻率逐渐降低.透射光谱显示在350 nm附近出现较陡的吸收边缘,说明In-Ga-Zn-O薄膜在以上溅射功率范围内具有良好的薄膜质量.光学禁带宽度随着溅射功率增加而减小.In-Ga-Zn-O薄膜在500~800nm可见光区平均透过率超过90%.

关键词: In-Ga-Zn-O薄膜 , 溅射功率 , 电阻率 , 禁带宽度 , 透过率

含Ti电极的非晶钛酸锶薄膜的阻变开关特性研究

闫小兵 , 史守山 , 贾长江 , 张二鹏 , 李钗 , 李俊颖 , 娄建忠 , 刘保亭

人工晶体学报

采用射频磁控溅射法制备Ti金属薄膜作为反应电极,结合脉冲激光沉积法在Pt/Ti/Si衬底上制备了Ti/非晶-SrTiO3-δ (STO)/Pt结构的阻变存储器件单元.器件的有效开关次数可达200次以上.利用5 mV的小电压测量处于高低阻态的器件电阻,发现在经过3.1 ×105 s以后,两种阻态的电阻值均没有明显的变化,说明器件具有较好的保持特性.器件处于高阻态和低阻态的电阻比值可达100倍以上.在9mA的限制电流下,器件的低阻态为500 Ω,有利于降低电路的功耗.氧离子和氧空位的迁移在阻变开关中起到重要的作用,界面层TiOx发挥着氧离子库的作用.阻变开关机制归因为导电细丝(Filaments)的某些部分出现氧化或者还原现象,造成导电细丝的形成和断开.

关键词: 阻变开关 , STO , Ti反应电极 , 开关机制 , 脉冲激光沉积

射频功率对RF-PECVD法制备纳米硅薄膜结构特征和光学特性的影响

娄建忠 , 李钗 , 张二鹏 , 马蕾 , 江子荣 , 王峰 , 闫小兵

功能材料

利用射频等离子体增强型化学气相沉积(RF-PECVD)工艺,以SiH4和H2作为反应气体源,在石英衬底上制备了氢化纳米硅(nc-Si∶H)薄膜。其中衬底温度为250℃,H2稀释比为99%,反应压强为133Pa和射频功率为20~60W。采用α-台阶仪、X射线衍射仪(XRD)、Raman光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和紫外-可见光分光光度计等对薄膜的结构特征和光学特性进行了测试研究。结果表明,随着射频功率的增大,nc-Si∶H薄膜的沉积速率增加,晶化率提高,晶粒尺寸增大和氢含量减小,同时薄膜的吸收系数增强,光学带隙变窄,结构有序性增强和带尾态宽度减小。

关键词: RF-PECVD , nc-Si∶H薄膜 , 结构特征 , 光学特性

含Ag电极的非晶In-Ga-Zn-O薄膜的阻变开关特性

娄建忠 , 贾长江 , 郝华 , 张二鹏 , 史守山 , 闫小兵

人工晶体学报

采用射频磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了非晶InGaZnO4(α-IGZO)薄膜,利用直流磁控溅射法制备的Ag金属薄膜作为反应上电极,构建了Ag/非晶InGaZnO4(α-IGZO)/Pt结构的阻变存储器件单元.所制备的器件具有双极型阻变特性,写入时间仅为107 ns,经过300次循环开关后,器件仍显示良好的开关效应.对置于高低阻态的器件使用5 mV横电压测量其电阻,电阻值经过1.2×104 s无明显衰减趋势,表明器件具有较好的保持特性.阻变开关机制归因于在外加电场的作用下,由于电化学反应,使得Ag导电细丝在存储介质α-IGZO薄膜中形成和溶解.

关键词: 阻变开关 , IGZO薄膜 , Ag电极 , 开关机制

真空退火温度对射频磁控溅射制备非晶In-Ga-Zn-O薄膜性能影响的研究

闫小兵 , 张二鹏 , 贾长江 , 史守山 , 娄建忠 , 刘保亭

人工晶体学报

采用射频磁控溅射技术在室温下玻璃衬底上制备了铟镓锌氧(In-Ga-Zn-O)透明导电薄膜,并对该薄膜进行了真空退火.研究了不同退火温度对In-Ga-Zn-O薄膜结构、电学和光学性能的影响.X射线衍射(XRD)表明,在300℃至500℃退火温度范围内,In-Ga-Zn-O薄膜为非晶结构.随着退火温度的增加,薄膜的电阻率先减小后增大.透射光谱显示退火后In-Ga-Zn-O薄膜在500~ 800 nm可见光区平均透过率超过80%,且在350 nm附近表现出较强的紫外吸收特性.经过退火的薄膜光学禁带宽度随着退火温度的增加先增大后减小,350 ℃最大达到3.91 eV.

关键词: In-Ga-Zn-O薄膜 , 退火温度 , 磁控溅射 , 光学带隙

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